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Lexikon der Biologie: Langzeitpotenzierung

Langzeitpotenzierung w, long term potentiation, Abk. LTP, Stunden oder gar Tage anhaltende Verstärkung der synaptischen Übertragung (Synapse) nach einer kurzen Serie von Aktionspotentialen in einer präsynaptischen Nervenfaser. Die LTP wird überwiegend an erregenden Synapsen beobachtet und ist im Hippocampus besonders ausgeprägt, wo sie experimentell durch eine kurze, hochfrequente Reizung eines hippocampalen Faserbündels ausgelöst werden kann. LTP kommt aber z.B. auch an Synapsen des vegetativen Nervensystems vor. Hippocampale LTP wird als zelluläres Paradigma für Lernen angesehen; jedoch sind auch voneinander abweichende Veränderungen von hippocampaler LTP und Lernen beobachtet worden. Eine weitere mögliche Bedeutung der LTP liegt in der dauerhaften Ausbildung funktioneller synaptischer Verknüpfungen. Kennzeichen der Langzeitpotenzierung (LTP) sind Eingangsspezifität, Kooperativität und Assoziativität. Bleibt die Verstärkung auf den aktivierten synaptischen Eingang beschränkt, spricht man von homosynaptischer Langzeitpotenzierung. Bei der heterosynaptischen Langzeitpotenzierung werden nicht stimulierte Synapsen an demselben Neuron ebenfalls verstärkt. An einigen Synapsen, den sog. Hebbschen Synapsen (Hebbsche Regel), muß die präsynaptische Aktivität mit postsynaptischer Depolarisation durch andere erregende Zuflüsse einhergehen, um sich zu stabilisieren. Außerdem gibt es synaptische Eingänge, die selbst keine LTP auslösen – es sei denn, tetanische Stimulation (elektrische Reizung von Nervenfasern mit hoher Wiederholfrequenz) eines solchen Eingangs wird mit Stimulation eines anderen Eingangs, der durch hohe Übertragungssicherheit gekennzeichnet ist, gepaart, so daß es zu Ausbildung einer assoziativen LTP kommt. Das Pendant zu assoziativer LTP könnte assoziatives Lernen sein, z.B. die Konditionierung des Lidschlußreflexes (Lidschlußreaktion) durch ein gleichzeitiges akustisches Signal. Der Extinktion der Konditionierung entspräche assoziative Langzeitdepression. Kooperativität bedeutet, daß eine gewisse Anzahl von Synapsen aktiviert werden muß, um LTP auszubilden. Sowohl prä- als auch postsynaptische Mechanismen können zu LTP beitragen. – Folgende Phasen werden unterschieden: Induktion, Expression und Aufrechterhaltung der LTP. Für die Induktion spielen NMDA-Rezeptoren (Glutamatrezeptor-Kanäle) und intrazelluläres Calcium als Koinzidenzdetektoren (Koinzidenzelement) eine wichtige Rolle; allerdings gibt es auch Formen von LTP, die ohne die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren auftreten. Zur Expression kann die Aktivierung von metabotropen Glutamatrezeptoren und Dopaminrezeptoren beitragen, die selbst wieder Kaskaden intrazellulärer Reaktionen unter Vermittlung sekundärer Boten auslösen, die letztendlich Rezeptoren, Ionenkanäle und die synaptische Freisetzung von Neurotransmittern beeinflussen. Eine besondere Rolle spielt möglicherweise Stickstoffmonoxid (NO), das retrograd von postsynaptischen Zellen freigesetzt werden kann. Genexpression, Proteinsynthese und „de novo"-Bildung von Synapsen sind an der Aufrechterhaltung der LTP beteiligt. Die Vielzahl möglicher Faktoren erklärt sich daraus, daß sich hinter dem operational definierten Begriff LTP sehr unterschiedliche zelluläre Vorgänge verbergen. Engramm, Gedächtnis, neuronale Netzwerke.

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